水下作业技术在海洋石油探测、抢险救生、海底管道的敷设、保养和维修等领域均有广泛的应用。本文研究的水下作业系统包括水下作业机械手和自动工具库两部分,该型作业系统能够在一次下潜中完成多种作业任务,论文研究的内容具有广阔的应用前景。 论文首先介绍了水下作业的国内外发展现状和应用情况。针对现有水下作业实验系统进行了运动学分析,建立了运动学方程,并对原有水下作业系统的机械本体和液压系统进行了修复和完善。针对水下作业系统中机械手的关节驱动形式,建立了阀控非对称缸的数学模型,并对其特性进行了分析。提出采用Fuzzy-PID的控制策略,并与常规PID控制进行了仿真对比,仿真结果表明,采用Fuzzy-PID比采用单纯PID控制策略有更好的适应性。 针对水下作业系统,进行了电液伺服阀和电磁阀驱动电路的设计。设计了基于PC机的控制系统,并对其软硬件进行了调试。考虑到水下作业的特殊性,同时设计了基于单片机的控制系统,该控制系统是以M16为核心的单片机系统。在基于单片机的控制系统中,用户只需通过调节控制盒上的相应电位计和操作键盘上的相应按键便可完成对水下作业系统控制。 论文最后进行了水下作业系统性能实验研究。对机械手的动、静态特性和相关环节元器件的性能进行了实验测试。实验结果表明,该控制系统能够满足机械手与自动工具库的对接和更换工具的要求。